• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.111.1-111.1
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• 2010

석탄가스화복합발전(IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle)의 고온 고압 합성가스로부터 $CO_2$를 저비용으로 포집하기 위한 연소전 포집 기술 중 유동층 촉진수성가스전환(SEWGS) 공정이 제안되어 연구개발 중에 있다. 연소전 $CO_2$ 포집을 위한 SEWGS 공정은 동일한 2탑 순환 유동층 반응기에서 고온 고압의 합성가스($H_2$, CO)를 유동층 WGS 촉매를 사용하여 CO를 $CO_2$로 전환하는 동시에 전환반응으로 생성된 $CO_2$를 흡수제를 이용하여 포집하는 기술이다. 본 연구는 $CO_2$ 회수와 WGS 반응이 동시에 이루어지는 공정에 적용 가능한 건식 재생 흡수제 및 유동층 WGS 촉매 개발을 목표로 $CO_2$ 흡수제(P Series) 및 WGS 촉매(PC Series) 조성을 제안하고 분무건조기를 이용하여 6~8kg/batch로 성형 제조하였다. 제조된 $CO_2$ 흡수제 및 촉매의 특성 평가 결과 내마모도(Attrition resistance)를 포함한 물리적 특성이 유동층 공정의 요구조건을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 모사 석탄 합성가스를 이용하여 20bar, $200^{\circ}C$ 흡수/$400^{\circ}C$ 재생 조건에서 열중량 분석기(TGA) 및 가압 유동층(Fluidized-bed) 반응기를 통한 흡수제의 $CO_2$ 흡수능 평가를 수행하였다. 그 결과 내마모도(AI) 3% 이하로 기계적 강도가 우수하며, $CO_2$ 흡수능 17.6 wt%(TGA) 및 11wt%(가압 유동층)를 나타냈다. 유동층 WGS 특성 평가 결과 내마모도가 7~35%로 우수하였고, CO 전환율은 $200^{\circ}C$에서 80% 이상으로, 유동층 SEWGS 공정에 적용 가능한 특성을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.698-698
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• 2009

화력발전이 많은 비중을 차지하는 전력생산 산업은 온실가스($CO_2$)의 최대 배출 원으로 알려져 있으며 증가하는 전력 수요 뿐 만 아니라 다가오는 기후변화협약에 대응하기 위하여 $CO_2$ 회수 및 공정 개선에 관한 연구가 많이 수행되고 있다. 특히 현재 연구되고 있는 전력분야의 대표적인 $CO_2$ 회수기술은 연소 후 포집(Post-combustion capture), 순산소 연소(Oxy-fuel combustion), 연소전 탈탄소화(Pre-combustion) 3가지로 구분된다. 이중 연소전 탈탄소화 기술은 석탄가스화복합발전(IGCC) 기술과 연계하여 $CO_2$를 회수할 수 있는 방법으로 가스화 된 석탄가스에 Water-Gas Shift 반응과, $CO_2$ 분리로 얻어진 탈 탄소 연료를 통해서 전력을 생산한다. 이 기술의 핵심은 생성된 $CO_2/H_2$ 복합가스로부터 $CO_2$를 분리하는 공정으로 차세대 회수 기술로는 Membrance Reactor, SOFC, Oxygen Ion Transfer Membrane(OTM), 그리고 가스 하이드레이트가 있다. 이중 가스 하이드레이트는 $CO_2$의 회수 뿐 만 아니라 처리 기술에도 적용 가능하지만 우리나라에는 이에 관한 기술이 전무한 형편이다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 THF(Tetrahydrofuran)를 첨가하여 THF 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 이러한 연구는 연소전 탄소화 기술에서의 $CO_2$ 회수 분리에 대한 핵심 연구임과 동시에 탄소배출권 규제에 실질적인 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.

• 에너지공학
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• 제8권1호
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• pp.34-47
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• 1999

본 연구에서는 촉매상에서 메탄의 산화시 발생되는 반응열을 이용하고 반응생성물과 미반응 메탄과의 개질반응에 의해 합성가스의 수율을 증대시키기 위하여 연소촉매와 개질촉매를 연속적으로 배치한 hybrid 촉매상에서 개질촉매에 따른 메탄의 부분산화반응의 반응 특성과 합성가스 수율에 미치는 영향을 관찰하였다. 메탄의 산화를 위해서 Pt-Rh/cordierite 촉매를 사용하였으며, 개질촉매로는 상업용 개질촉매인 R67, ICI46-1, 수성가스 전환반응촉매인 LX821 촉매와 6 wt% Ni/cordierite 촉매를 사용하였다. 실험결과 연소촉매와 개질촉매를 연속적으로 사용한 경우 메탄의 산화 과정에서 생성된 CO2 및 H2O가 미반응 메탄과의 개질반응 촉진으로 인하여 합성가스이 수율이 증가됨을 확인할 수 있었다. 이때 생성되는 합성가스의 H2/CO 몰비는 온도에 따라 감소하는 것으로 나타났으며, 80$0^{\circ}C$에서 촉매에 따라 2.2~2.8의 값을 가짐을 알 수 있었다. 개질촉매로 R67 및 Ni/cordierite 촉매를 사용하였을 경우 가장 높은 합성가스의 수율을 얻을 수 있었으며, 연소촉매와 개질촉매의 질량비는 1:1~1:2에서 가장 높은 수율의 합성가스를 얻을 수 있었다. 메탄과 산소의 몰비가 2:2에서 메탄의 전환율과 수소 수율이 가장 높게 나타났으며 메탄의 몰비 증가에 따라 감소되는 경향을 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.215.2-215.2
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• 2010

지구온난화의 주범으로 알려진 $CO_2$의 대기 중 농도는 산업혁명 이전 280ppm에서 산업 혁명 이후 375ppm으로 증가하였다. 정부 간 기후변화패널(IPCC)의 기후변화 시나리오에 의하면, 지금부터 다양한 감축노력을 한다 할지라도 $CO_2$ 증가추세는 계속되어 2100년경에는 대기 중 $CO_2$농도가 600~950ppm에 이를 것으로 예측하고 있다. 현재까지 화력발전부분은 온실가스($CO_2$)의 최대 배출 원으로 알려져 있으며 이 분야의 $CO_2$ 회수기술은 연소 후 포집(Post-combustion), 순산소 연소(Oxy-fuel combustion), 연소 전 탈탄소화(Pre-combustion) 3가지로 크게 구분된다. 이중 석탄가스화복합발전(IGCC)기술과 연계하여 $CO_2$를 회수할 수 있는 방법이 연소 전 탈탄소화 기술이다. 핵심기술은 $CO_2$ 분리공정으로 적용 될 수 있는 기술로서는 흡착 흡수법, 막분리법 그리고 가스 하이드레이트가 있으나 아직까지 우리나라의 가스 하이드레이트 기술은 전무한 형편이다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 TBAB(Tetra-n-butyl ammonium bromide)를 첨가하여 TBAB 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 또한 라만 분석을 통하여 $CO_2$ 회수 분리에 대한 연구도 병행하였다.

• 에너지공학
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• 제24권1호
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• pp.132-136
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• 2015

바이오디젤은 재생가능한 친환경적인 연료로서 화석연료의 대체에너지로 수송분야에서 각광받고 있다. 따라서 바이오디젤의 사용량은 향후 꾸준히 증가할 것으로 보이며, 이에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 순수 디젤 대비 바이오디젤이 질량기준으로 0%, 5%, 20%, 50%, 100% 혼합된 연료를 사용하여 분무 및 연소실험을 진행하고, 분무각, 평균 입경, 열발생율 등의 특성을 도출하였다. 실험 결과, 바이오디젤의 혼합률이 증가할수록 연료의 점도 및 밀도가 증가하여 분무각과 특정 위치에서의 평균 입경이 작아지는 것을 확인할 수 있었으며, 바이오디젤의 함산소 특성으로 인해 초기 연소가 촉진되며, 이로 인해 연소 종료 시점이 앞당겨 지는 것을 볼 수 있었다.

• 한국가스학회지
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• 제25권2호
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• pp.1-12
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• 2021

MILD(Moderate or Intense Low-oxygen Dilution) 연소는 열에너지 분야에서 배출되는 미연 탄소와 질소 산화물을 저감하기 위한 기술로, 친환경 열 에너지 생산 기술로 평가받고 있다. MILD 연소 기술은 반응물의 예열을 통한 자발화 현상을 이용하여, 연소 반응 영역을 확장시키는 것이 핵심이다. 본 연구는 CH₄와 공기를 활용하여 반응물의 초기 온도 변화와 CO, H₂의 혼합율에 따른 CH₄의 점화 지연 시간을 수치 해석적 접근을 통해 분석하였다. 점화 지연 시간은 초기 온도와 H₂ 혼합율이 높을수록 감소하였고, CO 혼합율이 높을수록 증가하였다. 이는 H₂ 첨가 시 초기에 높은 분율의 HO₂가 메틸 라디칼(CH₃)의 분해 반응을 촉진시켜 OH를 생성하였기 때문이며, CO 첨가 시 HCO 생성에 따른 H 라디칼 소모가 증가했기 때문이다. 하지만 HCO의 생성은 점화 지연 시간에 큰 영향을 주지 않았다. 또한 연료 내 CO와 H₂를 30% 혼합한 조건에서는, NO 배출량이 각각 7%, 1% 증가하는 경향을 보였다. 이는 CO를 혼합한 조건에서 초기에 높은 NCO가 NO 생성반응률 증가에 영향을 미쳤기 때문이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.146.1-146.1
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• 2011

석탄가스화복합발전(IGCC)공정에서 가스화기를 거쳐 생성된 합성가스로부터 $CO_2$를 효과적으로 분리/회수하기 위해 가스 고형화법을 제안하였다. 가스 하이드레이트 형성과정에서의 반응특성을 살펴보기 위하여 반응시간에 따른 가스소모량과 기상의 $CO_2$ 조성 변화를 측정하였다. 순수계와 촉진제 첨가계 (TBAB (10, 40 wt%), TBAF (10, 34 wt%), THF (4, 19 wt%))에 대하여 하이드레이트 생성 후의 기상과 하이드레이트상의 $CO_2$ 조성을 측정하였으며, 그 결과 하이드레이트 형성법에 의해 고농도의 $CO_2$가 하이드레이트상에 포집되는 것을 확인하였다. 가스 소모량 측정실험에서는 THF 19.1 wt%를 첨가하였을 때 가장 큰 소모량을 보였으며, TBAF 10 wt%를 첨가하였을 때 가장 적은 가스소모량을 보였다. $CO_2$ 조성 변화 실험에서는 가스 소모량 실험과 마찬가지로 THF 19.1 wt%를 첨가하였을 때 가장 큰 조성변화를 보였다. 이는 THF의 첨가로 인하여 가스 하이드레이트로의 전환율 증가로 많은 양의 $CO_2$ 기체가 하이드레이트 상에 포집되었음을 나타낸다. 속도론적인 측면에서는 모든 실험조건에서 하이드레이트 형성반응이 1시간 이내에 대부분 종결되는 것을 볼 수 있었다. 또한 $^1H$-NMR을 통하여 혼합가스 하이드레이트의 구조적인 분석을 진행하였다. 본 실험에서 얻어진 결과는 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 합성가스 분리 공정 개발에 중요한 기초자료가 될 것으로 사료된다.

• 자원리싸이클링
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• 제29권5호
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• pp.64-72
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• 2020

시멘트 산업의 질소산화물 배출량 감축을 위해 소성로에 다단연소공정을 적용할 경우, 질소산화물을 질소로 환원시키고 미연소 물질을 완전히 연소시켜 연소효율을 증대할 수 있는 산화/환원 구간이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 시멘트 소성로 calciner에 산화/환원 구간 설정 시 최종 생산품인 시멘트 클링커의 품질안정성을 확보할 수 있는 최적 산화/환원 소성분위기를 거시적으로 관찰하고자 하였으며, 소성조건에 따른 원료물질의 질량변화, 탈탄산률, 소성완료율 등을 조사하였다. 실험결과, 대체로 환원분위기보다 산화분위기에서 원료물질의 열분해가 촉진되는 경향을 나타내며, 원료물질 자체 성분특성에 따라 비교적 CaO 함량이 높은 석회석의 열분해가 시멘트 조합원료보다 늦게 진행되는 것을 알 수 있었는데 이는 소성로 내 CO₂ 분압에 의한 현상으로 생각된다. 산화/환원 소성분위기에 따른 원료물질의 열분해 특성은 일반적인 석회석 열분해 온도보다 낮은 온도범위에서 비교적 큰 차이를 보였는데, 소성온도 750℃ 구간에 산화분위기 형성에 따라 원료물질의 열효율 향상을 기대할 수 있을 것으로 생각된다. 다만, 본 연구의 경우 실험실 규모의 연구로서 현장공정과는 차이가 있기 때문에, pilot plant 규모의 실검증결과가 필요한 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권7호
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• pp.204-210
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• 2016

본 논문에서는 이소 옥탄을 연료로 사용하는 층류 확산 화염에서 불완전 연소의 결과로 발생하는 그을음 입자의 성장 및 산화과정을 조사하였다. 또한, 철 연료첨가제의 그을음 발생 억제 효과를 평가하였다. 광 계측 기술을 이용하여 화염 안 그을음 입자의 탄성 산란 광을 화염의 높이에 따라 계측하고, 미광 보정 과정을 통하여 그을음 입자의 미분 산란 계수를 구하였다. 이 미분 산란 계수를 비교하여, 화염에서 그을음 입자의 성장 및 산화과정을 조사하였는데, 산화과정을 통하여 화염 내의 그을음 양이 감소하는 것을 관찰하였다. 철 연료 첨가제를 첨가한 화염에 대해서 동일한 연구 방법으로 구한 미분 산란 계수가 연료 첨가제가 첨가되지 않은 화염보다 더 작은 값을 보였다. 또한, 화염의 높이에 따라 반경방향으로 투과율을 측정하였는데, 연료 첨가제를 첨가한 연료의 화염은 투과율이 산화영역에서 약 5% 증가하는 것을 관찰하였고, 이는 미분 산란 계수와 동일한 경향을 보였다. 이것은 연료첨가제의 성분이 촉매 역할을 하여 그을음이 산화를 촉진해 화염 안의 그을음 양이 감소한 것으로 사료된다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권4호
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• pp.394-401
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• 2005

저온 플라즈마 연료개질 장치를 개발하여 여러 운전인자가 그 성능에 미치는 영향을 조사하였고 생성된 수소농후 개질가스를 무부하(Idle) 상태의 디젤엔진에 연소용 공기와 같이 주입하여 NO와 매연 저감효율에 미치는 영향을 조사하였다 전력 소모량이 증가할수록 개질반응의 점화가 더욱 용이하였으나 $H_2$ 농도, $H_2$ 수율, 에너지 전환율과 같은 저온 플라즈마 연료개질 장치의 성능은 O/C 비에 의해서만 영향을 받았는데 그 이유는 평형 반응온도가 O/C 비에 의하여 결정되기 때문이다. 저온 플라즈마 연료개질 장치에서의 $H_2$ 수율과 에너지 전환율은 O/C 비가 증가함에 따라 O/C 비가 $1.2{\sim}1.5$에서 33.4%와 66%의 최고값을 통과하였다. $H_2$ 수율과 에너지 전환율이 O/C 비가 $1.2{\sim}1.5$ 이하인 범위에서 O/C 비가 증가함에 따라 증가하는 이유는 O/C 비가 높아짐에 따라 완전 산화반응이 충분히 일어나서 반응온도가 높아지기 때문으로 보인다. O/C비가 $1.2{\sim}1.5$ 이상인 범위에서 O/C 비가 증가함에 따라 $H_2$ 수율과 에너지 전환율이 감소하는 현상은 과잉산소 조건에서 완전산화반응이 더욱 촉진되어 $H_2$ 수율과 에너지 전환율이 감소하였기 때문으로 보인다. 무부하 상태의 디젤엔진에 개질가스를 주입시 개질된 디젤/총디젤 무게비가 $18.2{\sim}23.5%$까지 증가할 때 NO저감효율과 매연제거효율은 각각 68.8%와 55.5%까지 증가하였다.